울산화력은 우리나라 산업의 수도라 할 수 있는 울산광역시에 설립되어, 녹색산업의 글로벌 거점도시에 에너지를 공급하는 것을 목표로 두 가지 발전 방식을 가지고 있습니다.
청정연료인 LNG를 사용하는 복합 화력은 가스 터빈과 스팀 터빈을 함께 사용하는 복합 발전으로 계통 수요에 대한 신속한 대응을 통해 전력 계통의 안정적 운영에 기여하고 있고, 초 저유황류를 사용하는 기력발전소는 400MW급 3기로 국내 최대 설비용량인 1,200MW를 보유하여 지금까지 울산 산업단지와 인근 지역에 안정적으로 전력을 공급하여 대한민국 경제성장에 이바지하여 왔습니다.
당사는 울산화력발전소 내 순환수관 스폰지볼 회수율 목표값을 만족하는 설비설계 최적화에 대한 엔지니어링 컨설팅 프로젝트를 성공적으로 완수하여, 울산 화력의 안정적인 발전소 운영에 일익을 담당하였습니다.
본 과제 발주처는 " 울산 화력 발전소 내 순환수 관에서 발생한 문제를 해결하기 위해 다각적인 조치를 취해 해결하고자 했으나, 순환수 관 유동을 육안으로 확인할 수 없는 상황에서 열 유체 시뮬레이션을 통하지 않고는 해결 방법이 없다고 판단하여, 열 유체 해석 분야 전문기업인 (주)델타이에스에 과제를 의뢰하여 1D + 3D CFD 시뮬레이션 및 FSI (fluid-structure interaction) 기술을 통한 현 설비의 문제점을 진단하고, 설비 개선 방안을 찾아내 고효율 발전소 운영에 기여하고자 한다 " 고 밝혔습니다.
화력발전소 내 CTCS (condenser tube cleaning system) 는 콘덴서 관 내로 스폰지 볼을 삽입하여 스폰지 볼이 관을 통과하면서 관 내벽에 붙어 있는 각종 이물질 등을 깨끗하게 청소하는 기술로써 대부분의 발전 및 선박 열교환기 등의 콘덴서 관 청소에 많이 사용하고 있는 방법입니다.
아래 동영상은 개략적인 CTCS의 이해를 돕기 위한 것입니다.
본 엔지니어링 컨설팅 과제는 아래와 같은 해석을 통해 진행 되었습니다.
1. 1D 시스템 시뮬레이션
2. 국부 장치에 대한 3D CFD 해석
3. 볼스트레이너 주변 유동특성 파악 및 스폰지 볼 회수율 계산
본 해석에 사용된 프로그램은 아래와 같다.
1D 시스템 시뮬레이션 - Flomaster
3D CFD 정상 상태 해석 - FloEFD
3D CFD 과도 응답 해석 - STAR-CCM+
(발주처 제공 P&ID와 ISO 자료를 바탕으로 1D system simulation 모델링 자료구성. )
상기 배관망 전체에 대한 1D 시스템 시뮬레이션의 해석 조건을 위해 국부적인 3D CFD 해석을 수행하고, 각 부품의 특성데이터 확보 후 1D 시스템 시뮬레이션에 활용하였습니다.
드브리스 필터 유동특성 확보를 위한 3D CFD 해석
복수기 전, 후단 유동특성 확보를 위한 3D CFD 해석 수행
볼 스트레이너 유동특성 파악을 위한 3D CFD 해석 및 스폰지 볼 특성에 따른 물성치 확보
복수기 순환수 관 내 볼회수율 목표값 만족 여부를 위한 CFD 시뮬레이션 결과
위와 같이 CTCS 의 스폰지 볼 회수율 만족을 위해 적용한 1D+3D co-simulation 및 FSI 해석을 통해 얻어진 결과는 아래와 같습니다.
결과:
설비라인에 대한 볼 회수율 성능 파악을 위한 시뮬레이션 결과
- 기존 설비는 볼 회수율 목표값에 NG 발생 하였음.
- 볼 회수율 목표값 달성을 위해 콘덴더 전, 후단의 배관라인과 볼 스트레이너 형상 변경 후,
- 1D-3D CFD 해석 및 복수기 후단의 FSI 해석을 통해 스폰지 볼 회수율 만족할 수 있는 설비 설계 변수를 파악하고, 설계 최적화를 수행하였음.
- 설변된 형상을 적용하여 FSI 해석을 적용하여 스폰지 볼 회수율을 계산한 결과, 목표값에 도달할 수 있었음.
- 설변 형상은 기존 설비 개선을 위해 발주사에 제공하였음.
위에서 진행된 엔지니어링 컨설팅 프로젝트를 수행을 통해 확보된 최적 설계안은 기존 운전중인 CTCS 의 일부 라인과 볼 스트레이너 형상변경에 적용되었으며, 설비 개선 후, 시운전을 통해 스폰지 볼 회수율이 목표값에 도달할 수 있었습니다.
상기 과제에 궁금하신 부분은 당사로 문의 하여 주시기 바랍니다.
(주)Delta ES
TEL: 070 8255 6001